一種基于小波分解的全頻域子帶數(shù)字水印嵌入方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于信息安全技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于小波分解的全頻域子帶數(shù)字水印嵌 入方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化已成為當(dāng)今社會發(fā)展的兩個明顯特征：過去10年間數(shù)字媒體信 息（如數(shù)字圖像、數(shù)字音頻、數(shù)字視頻等）的使用和分布呈爆炸性的增長。人們通過互聯(lián)網(wǎng) 可以方便快捷地獲得數(shù)字信息和在線服務(wù)的同時，竊取、篡改、盜版等諸多損害版權(quán)所有者 利益的方法、手段也變得更加容易。數(shù)字水印作為知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)和數(shù)字多媒體信息防偽的 有效手段正是在這種大背景下產(chǎn)生和發(fā)展起來的。數(shù)字水印就是將水印信息（弱信號）通 過一定的算法添加到載體信息（一個強(qiáng)信號）中，既保證水印信息的不可察覺性，又不影響 載體信息的視覺或者使用效果。數(shù)字水印可以是數(shù)字、圖片、序列號等可識別的能夠標(biāo)志版 權(quán)人所有權(quán)的信息，并且通過特別的算法能夠從載體中提取檢測出來。
[0003] 由于彩色圖像包含的信息量大，能夠嵌入更多的水印信息成為近年來水印研宄的 熱點(diǎn)。而現(xiàn)有的關(guān)于小波分解的彩色圖像數(shù)字水印算法一般都是在某一個顏色空間進(jìn)行 DWT分解，將水印全部或者部分嵌入到小波的中頻、高頻或者低頻子帶上，這些算法一般都 存在水印嵌入量小、嵌入點(diǎn)集中的特點(diǎn)，使其抗剪切等幾何攻擊時能力變?nèi)?，而有些大容?水印單頻域子帶嵌入量過大又易影響到載體圖像的魯棒性和不可見性之間的平衡問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是，根據(jù)現(xiàn)有小波分解的彩色圖像數(shù)字水印算法存在的問題，提供 一種基于小波分解的全頻域子帶數(shù)字水印嵌入方法，實(shí)現(xiàn)水印塊循環(huán)嵌入的大容量彩色圖 像數(shù)字水印方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案：本發(fā)明一種基于小波分解的全頻域子帶數(shù)字水印嵌入方法， 包括數(shù)字水印嵌入和數(shù)字水印提取。本發(fā)明選擇彩色載體圖像進(jìn)行顏色空間轉(zhuǎn)換，對Y分 量經(jīng)DWT分解后所得HH、HL、LH、LL四個頻域子帶等面積非重疊分塊，從四個頻域子帶中按 某種規(guī)則隨機(jī)選擇嵌入塊構(gòu)成大小為mXn的嵌入數(shù)組，將置亂后等面積非重疊分割的P 2 個水印塊（P2遠(yuǎn)小于嵌入塊的個數(shù)mXn)循環(huán)嵌入到嵌入數(shù)組中，保證嵌入數(shù)組中的每個 載體塊都嵌入一個水印塊；在水印檢測時，只要選擇嵌入數(shù)組中任意連續(xù)的PXp個含水印 載體塊，即能提取到完整的水印信息。本方案中嵌入數(shù)組由四個頻域子帶的分塊隨機(jī)構(gòu)成， 保證了嵌入的水印塊分散在整個載體圖像中能有效地抵抗各類幾何攻擊。
[0006] 本發(fā)明中數(shù)字水印嵌入方法步驟如下：
[0007] (1)將彩色載體圖像進(jìn)行YCrCb顏色空間轉(zhuǎn)換，并對Y分量進(jìn)行一級小波分解，得 HH、HL、LH和LL四個頻域子帶。
[0008] (2)將大小為MXN的四個頻域子帶分別按相同尺寸進(jìn)行非重疊分塊，各存儲在四 個對應(yīng)數(shù)組A k[m] [n] (k e {HH，HL，LH，LL})中。從下標(biāo)[0] [0]開始，每次從四個數(shù)組Ak[i]
[j] (i = 〇, 1，2…m-1 ; j = 0, 1，2···，n-1)中隨機(jī)選擇一個分塊作為嵌入塊存入數(shù)組B[m] [η]對應(yīng)下標(biāo)相同的位置，直至所有下標(biāo)值都有一個分塊被選中存入嵌入塊數(shù)組B中。
[0009] (3)用矩陣X代表數(shù)組B中的每個嵌入塊，對其LU分解得：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于小波分解的全頻域子帶數(shù)字水印嵌入方法，其特征在于，所述方法包括數(shù) 字水印嵌入和數(shù)字水印提??；所述方法選擇彩色載體圖像進(jìn)行顏色空間轉(zhuǎn)換，對Y分量經(jīng) 小波分解后所得HH、HL、LH、LL四個頻域子帶等面積非重疊分塊，從四個頻域子帶中按某 種規(guī)則隨機(jī)選擇嵌入塊構(gòu)成大小為mXn的嵌入數(shù)組，將置亂后等面積非重疊分割的P 2個 水印塊循環(huán)嵌入到嵌入數(shù)組中，保證嵌入數(shù)組中的每個載體塊都嵌入一個水印塊；在水印 檢測時，只要選擇嵌入數(shù)組中任意連續(xù)的PXp個含水印載體塊，即能提取到完整的水印信 息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于小波分解的全頻域子帶數(shù)字水印嵌入方法，其特征 在于，所述數(shù)字水印嵌入方法步驟如下： (1)將彩色載體圖像進(jìn)行YCrCb顏色空間轉(zhuǎn)換，并對Y分量進(jìn)行一級小波分解，得HH、 HL、LH和LL四個頻域子帶； ⑵將大小為MXN的四個頻域子帶分別按相同尺寸進(jìn)行非重疊分塊，各存儲在四個對 應(yīng)數(shù)組Ak[m] [n] (k e {HH，HL，LH，LL})中；從下標(biāo)[0] [0]開始，每次從四個數(shù)組Ak[i] [j] (i = 0, 1，2…m-1 ; j = 0, 1，2···，n-1)中隨機(jī)選擇一個分塊作為嵌入塊存入數(shù)組B[m] [η] 對應(yīng)下標(biāo)相同的位置，直至所有下標(biāo)值都有一個分塊被選中存入嵌入塊數(shù)組B中； ⑶用鉅陳X代弄教鉬R中的毎個嵌入?yún)f(xié)，對其丨,U分解犋，
共甲121、131、I32為卜二用矩陣L的非U數(shù)值，d ρ d2、d3^對用矩陣D的非0數(shù)值，u 12、 u13、U23為上三角矩陣U的非0取值； 對對角矩陣D進(jìn)行SVD分解： Dx=UdxSdxVtdx=AdxV tdx UDX、SDX、Vdx是為每個嵌入塊LU分解后的對角矩陣D x進(jìn)行SVD分解后得到的矩陣，T是 對矩陣Vdx的轉(zhuǎn)置，而A DX為U DX、Sdx二者的乘積； 記錄Adx的數(shù)值，以備水印嵌入和提取時使用； 將步驟（3)重復(fù)執(zhí)行mXn次，直至B數(shù)組中所有嵌入塊都實(shí)施過一次SVD分解； (4)為了保證水印的安全，先對水印圖像W進(jìn)行Fibonacci變換： 'Xl Γι ι?Γχ? = mod M _r」Li 〇」Lr_ (χ，γ)為原始圖像像素坐標(biāo)，（χ'，γ'）為變換后的像素坐標(biāo)，M為圖像矩陣的階數(shù)； 再將置亂后的水印圖像等面積非重疊分割成PXp塊（P為正整數(shù)），對每個分塊Wd(d =0, 1，2···，P2-I)添加水印頭后做SVD分解，以矩陣Q代表每個水印分塊： Q = UwSX = AX Uw、sw、<為水印矩陣Q經(jīng)SVD分解后的矩陣，T是對矩陣Vw的轉(zhuǎn)置，A "是U "和S w的乘 積； 記錄Aw的數(shù)值，以備水印提取時使用； 重復(fù)執(zhí)行步驟（4) P2次，直至所有的水印分塊Wd都實(shí)施過一次SVD分解； (5) 水印塊的循環(huán)嵌入：每個載體塊嵌入一個水印塊，載體數(shù)組B[m] [η]每行的第一列 嵌入水印塊Wd(d = (imodp) Xp，i = 0, 1，2…m)，自第二列開始每一列嵌入水印塊Wd(d = (d+l)mod p2)； 將每個水印塊的奇異值按照循環(huán)規(guī)則如圖2,嵌入到每個載體塊X經(jīng)過LU分解后的奇 異值矩陣中得： ν' D)i= V DJi+aVw α為嵌入因子，調(diào)節(jié)水印的嵌入強(qiáng)度； 恢復(fù)對角矩陣D : D' =AdxV, DX 恢復(fù)矩陣X Xr = LDr U (6) 將修改過奇異值的載體數(shù)組B中的每個嵌入塊替代其在原頻域子帶中的位置，實(shí) 施小波逆變換，得到新的Y分量與原圖像的Cr和Cb分量一起進(jìn)行顏色空間轉(zhuǎn)換的反變換 得到含水印圖像0'。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于小波分解的全頻域子帶數(shù)字水印嵌入方法，其特征 在于，所述數(shù)字水印提取方法的步驟如下： (1) 將含水印圖像進(jìn)行YCrCb顏色空間轉(zhuǎn)換，并對Y分量進(jìn)行一級小波分解，得HH、HL、 LH和LL四個頻域子帶； (2) 對四個頻域子帶按水印嵌入時同樣大小非重疊分塊，取數(shù)組B中的任意連續(xù)的 PXp個嵌入塊號，從四個頻域子帶中分別提取到這P2個嵌入塊后進(jìn)行LU分解，對得到的p2 個對角矩陣D依次進(jìn)行奇異值分解； D;二 UD;SD;VTD;二 A1X 由水印嵌入時記錄的Vdx數(shù)值計(jì)算水印塊奇異值： a 對提取出來P2個水印矩陣的奇異值分別進(jìn)行逆SVD變換得： Q' = AwV" w; 得到P2個水印圖像塊W d'，根據(jù)添加的水印頭恢復(fù)合成水印圖像，借助Fibonacci變換 的周期性將提取的水印圖像恢復(fù)成水印W'。
【專利摘要】一種基于小波分解的全頻域子帶數(shù)字水印嵌入方法，該方法將彩色載體圖像Y分量一級小波分解；取全部四個頻域子帶HH、HL、LH和LL分別進(jìn)行等面積非重疊分塊，在四個頻域子帶中按規(guī)則隨機(jī)選擇嵌入塊構(gòu)成全頻域嵌入塊數(shù)組B；所有嵌入塊LU分解，選取對角矩陣SVD分解；灰度水印圖像置亂后等面積非重疊分割成p×p塊，每個水印塊SVD分解；修改載體塊的奇異值完成水印的循環(huán)嵌入。在水印提取時，只要選擇嵌入數(shù)組中任意連續(xù)的p×p個嵌入塊即能提取到完整的水印信息。本發(fā)明方法可有效抵抗剪切、亮度調(diào)整、高通濾波、無損壓縮、縮放等幾何攻擊。本發(fā)明在保證了水印大容量嵌入的前提下，平衡了不可見性及魯棒性之間的關(guān)系。本發(fā)明適用于對彩色數(shù)字圖像的版權(quán)保護(hù)。
【IPC分類】G06T1-00
【公開號】CN104835106
【申請?zhí)枴緾N201510197521
【發(fā)明人】石紅芹, 曹義親, 呂方亮, 王長征, 王艷
【申請人】華東交通大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月24日